0

0
0

文字

分享

0
0
0

外星科技哪有那~麼好用?──談《X檔案》裡各式陰謀論

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/01/15 ・2731字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

本文由 FOX 委託,泛科學企劃執行

文/洪郁真

膾炙人口的《X檔案》在 2018 年回歸,穆德和史卡利再度聚首,除了繼續打情罵俏,也繼續一頭撞入各種神秘的謎團中。圖/劇照

膾炙人口的經典影集《X檔案》(The X-Files)在 2018 年回歸到我們的眼前,在這一季中,穆德和史卡利再度聚首,除了繼續打情罵俏,也繼續一頭撞入各種神秘的外星謎團中。

上一季其中一個驚人的謎團貌似終於解開:原來陰謀單位隱瞞了這~麼久的外星人資訊,就是覬覦外星人的高科技可以讓他們研發出隱形戰鬥機等等「強力外掛」……嗎?

神秘的科技、先進的機械、強大的能源,出現在科幻影集中各種酷炫先進的外星科技,往往只要主角一拿到手,再聚集全地球科學天才們努力研究個幾年,就能快速幫助人類文明大躍進──但,真的是這樣嗎?

如果哪天外星人真的把一種先進的科技擺在人類面前,我們會不會根本無法理解呢?

地球人連自己的文明謎團都搞不定

雖然人類目前為止還沒在宇宙中找到外星文明存在的明確證據,但反觀我們所處的地球,可是有各式各樣科學界與考古學家還難以下定論,激起世人無限遐想的古文明遺跡與歐帕茲(Out-of-place artifact,意指在不該出現的地方出土的人造物)。

例如「金字塔」就是最好的例子。古代世界七大奇蹟建築中唯一留存至今的「古夫金字塔(Great Pyramid of Giza)」,近期被科學家利用宇宙射線,發現了一個隱藏 4500 年沒被後人發現的神秘空間!這個密室至少有 30 公尺長、數公尺高,目前只能推測並非墓室,但不論目的究竟是做什麼用,都讓已經充滿謎團的金字塔謎上加謎。

祕魯納斯卡沙漠上繪製著各種圖騰的「納斯卡線條」至今仍是未解之謎。  圖/monikawl999 @Pixabay

除此之外,1936 年在伊拉克出土,由美索不達米亞古文明製造類似電池結構的「巴格達電池(Baghdad Battery)」,祕魯納斯卡沙漠上繪製著各種圖騰的「納斯卡線條(Nazca Lines)」,這些充滿傳說與神祕感的古文明遺跡,也難怪讓「那個時代的人怎麼會做出這種東西,該不會跟外星人有關?受到外星科技的幫忙?」這種說法歷久不衰。

這個外星人有多高科技?問問卡爾達肖夫吧

現代人類已實現不少讓人目瞪口呆的黑科技,但我們該怎麼判斷一個外星文明發展到了什麼水準呢?目前最常用的判斷標準是由蘇聯科學家卡爾達肖夫(Nikolai Kardashev)在 1964 年提出的「卡爾達肖夫指數(Kardashev Scale)」。這個「外星文明分級制」採用了與科技發展息息相關的「能源」為判斷指標。

第一級(K1)是能夠利用整個故鄉行星的能源。

以地球為例,先撇除石化燃料與核能不論,光是地球接收太陽光的功率約可達到 1016 瓦,但目前人類產生的功率連這個數字的 2% 都不到,至少還要發展個數百年,等到整個星球鋪滿太陽能板的那一天,地球才有資格進入 K1 俱樂部。

第二級(K2)則代表一個文明能擷取該星球圍繞的恆星的全部能源(例如太陽的功率就有 4×1026 瓦),並能打造出以光速飛行至其他星系的太空飛船。

美國科學家弗里曼戴森曾提出一種包圍整顆太陽以獲取巨大能量的構想「戴森球(Dyson Sphere)」,既然隔壁棚的火星人還沒成功,看來我們還是有機會的(咦)。

弗里曼戴森曾提出一種包圍整顆太陽以獲取巨大能量的構想「戴森球」。 圖/wikipedia

當文明來到了第三級(K3),使用的能源就是整個星系了。

如果人類文明能再發展個 2、3000 年,掌握全銀河系的能量,別說是目前最先進的太空探索技術公司《SpaceX》描繪的火星旅行,周末想穿過蟲洞去 1402 光年外的系外行星 Kepler-452b 小旅行也不是夢了吧。

因此以人類現在還沒進入 K1 俱樂部的技術水平,面對在《X檔案》中已經能夠跨星系移動(雖然常常在地球墜機)、三不五時來地球 Say Hello,至少是 K2 等級的外星人,地球人有能力把他們的技術搬來用嗎?

《X檔案》中的外星人已經能夠跨星系移動(雖然常常在地球墜機)、三不五時來地球 Say Hello,估計至少是 K2 等級。圖/劇照

了解外星人的「常識」,我們可能需要先換個腦袋:科學典範轉移

但就算外星人哪天真的在我們面前現身,送上一項高科技道具,或分享一個人類不知道,卻已是宇宙科學聯盟公認的科學知識,也不太可能立即對地球文明產生天翻地覆的變化,甚至外星人還得坐下來,喝個長達百年的下午茶,等待全球科學家吵一架,為什麼呢?

只要回想十六世紀哥白尼剛首次提出「地球繞著太陽轉」時,世人的反應或許你就可以理解了。雖然現在的我們已從日心說、天體力學一路進入到相對論,但對於從二世紀開始就接受托勒密「地心說」的科學界來說,當時哥白尼大概就像是大喊著「我的左眼寄宿著真紅眼黑龍」的中二病(誤)

地心說」與「日心說」對於天文學截然的不同解釋方式,就是 孔恩所提的「典範轉移」最好的例子。圖片/by Booyabazooka [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

科學哲學家孔恩(Thomas Kuhn)曾在其著作《科學革命的結構(The Structure of Scientific Revolution)》解釋,世人熟悉的「常態科學(normal science)」並不是單純的知識向上累加,而是某個科學社群共同約好,要透過怎麼的遊戲規則來「解謎」,例如有哪些預設的前提?哪些方法可以被接受?而這串解謎方法稱之為「典範」,然後研究人員們再共同按照這套典範建立起一套穩定科學體系。

但是當舊典範發展到極限,會遇上一些難以解釋的「異常現象(anomalies)」,這時如果出現能更好解釋問題的新典範,經過反覆的實驗論證,才可能發生典範轉移(paradigm shift)。典範轉移可是涉及科學研究的世界觀改變(如太陽繞地球改成地球繞太陽)以及核心概念的不可共量性(Incommensurability),也就是研究基礎重來、教科書改寫與科學史重寫的超級大事,也難怪科學家往往需要花上很長的時間,才可能下定決心轉換典範。

因此即使天降超高水準的外星科技或能解釋更多當前科學難解之謎的「新知」,人類也可能會從錯誤的研究角度出發進入撞牆期,或因為無法理解而乾瞪眼吧。

如果哪一天拿到了高科技的外星技術,我們究竟要如何解謎、突破已有的科學困境,這些煩惱就留給科學家們去處理吧~我們一般人還是繼續享受精彩的科幻影集《X檔案》,沉浸在那些外星科技以及陰謀詭計帶來的刺激吧!

我們一般人還是繼續享受精彩的科幻影集《X檔案》,沉浸在那些外星科技以及陰謀詭計帶來的刺激吧! 圖/劇照

《X檔案》全新一季就在 FOX,每週四晚間 10 點全球同日首播!

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

9
0

文字

分享

0
9
0
2020 重要天文事件回顧
臺北天文館_96
・2021/03/01 ・4340字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

塵埃可能是參宿四變暗的罪魁禍首

參宿四是全天第九亮星,也是獵戶座第二亮星。圖/轉自《臺北星空》

去年年底,天文學家發現參宿四的亮度異常降低,這現象還被某些人解釋為這顆紅超巨星已幾乎沒有核燃料,即將發生超新星爆炸。不過,華盛頓大學和羅威爾天文台的天文學家認為,參宿四更可能只是正在發生其他紅超巨星也會發生的事情:拋出的外層大氣遮住了一些往地球的光線。

天文學家在二月進行的觀測數據中,發現參宿四表面平均溫度比 2004 年的測量低了 50 至 100 度,這個結果使他們更加確定其答案必為星際塵埃,若是對流胞上升至表面冷卻的話,那降幅會更為明顯。

科學家宣稱在隕石中發現了外星蛋白質

血石素的結構。圖/arXiv

繼默奇森隕石發現胺基酸以來,在 1990 年的一塊隕石中,隱藏了更具突破性的進展,蛋白質一般是由多個胺基酸組成的,同時也是地球上幾乎所有生物體中的必要組成成分,從細胞核膜到遺傳物質 DNA 都有蛋白質的身影。在這被稱為「Acfer 086」的隕石所含有的蛋白質,被稱為血石素 (Hemolithin) ,是一種新的命名,旨在描述其具有一半血紅素 (Hemoglobin) 及一半卵磷脂 (Lecithin) 的分子結構,科學家發現的這種新蛋白質,成分中含有鐵和鋰,且氘與氫的比例與地球上的不同,基本上可以確認絕非地球上的物質。儘管研究團隊認為這是最有可能的解釋,但是他們也指出其發現的複合性分子可能不是蛋白質,而只是一種聚合物,所以現在下結論仍為之過早,但是種種跡象顯示「它」是蛋白質的機率相當高。

宇宙最早的物質可能潛藏於中子星的核心

藝術家對於中子星剖面的想像圖。圖/轉自《臺北星空》

中子星是恆星死亡後的核心塌縮而形成,中子星的質量上限約在兩個太陽質量,更大的質量將會形成黑洞,然而最近天文學家發現了少數超過這個上限的中子星。

研究團隊計算了中子星物質的狀態方程式,計算的結果描述了中子星的可能結構。結合最近 LIGO 和 VIRGO 的重力波觀測結果,更進一步揭露了許多中子星內部的訊息。根據他們的研究,這些死亡恆星的中心可能可以找到由夸克形成的核心,其含量甚至可能佔核心組成的一半以上,未來更多的中子星觀測資料將可提升或改善這項研究結果的正確性。

銀河系中也許有至少 36 個外星高等智慧文明存在

除非人類能想到如何建造無線電擴音器,並在接下來的 17,000 年都保持人類的生存及技術實力,否則無法與任何外星文明聯絡。圖/轉自《臺北星空》

繼德瑞克方程式後,人類就一直持續在搜尋地外高等智慧文明,但長時間以來一無所獲,新的研究認為該方程式的後面幾項參數,不確定值太多,使得整個方程式的實用性降低,研究人員建立了一套新的參數及計算標準,稱為天文生物學哥白尼極限,在六種嚴格的限制條件下,得到的外星文明數量約為 36個。

若將此 36 個外星文明平均打散在銀河系中,可以得到每個文明的平均距離至少有 17,000 光年,而人類自有無線電訊號以來,也才 125 年,亦即最遠的傳播僅達125 光年,此外,無線電波在傳遞過程中也會逐漸變弱,因此,除非我們能想到如何建造無線電擴音器,並在接下來的 17,000 年都保持人類的生存及技術實力,否則我們仍無法與任何外星文明聯絡。

首次發現奇怪的冥府行星

冥府行星示意圖。圖/轉自《臺北星空》

天文學家發現一顆非常奇怪的系外行星 TOI-849b ,它位於 730 光年遠,母恆星TOI-849 與太陽非常相似。 TOI-849b 僅比海王星小一點,但質量卻是海王星的兩倍多,因此密度與地球差不多!如此高密度顯示它是岩質行星,但大小卻遠高於岩質行星的上限。這意味著它可能是非常罕見的冥府行星(Chthonia),即是大氣層已被剝離的氣體行星核心。

天文學家認為這種極靠近恆星的氣體行星,會被高熱剝離大氣,如 Gliese 3470 b 被觀測正以高速失去其大氣層。但這不足以解決 TOI-849b 大氣全部損失的原因,還有大天體碰撞等事件的可能性。另一可能原因是 TOI-849b 開始形成氣體行星時,沒有足夠的物質成為大氣。又或者是它在行星系統演化後期時形成,抑或是在原行星盤的間隙中形成的,使得沒有足夠的材料來增加大氣。研究小組計劃將繼續觀測,以確定 TOI-849b 是否還剩下任何大氣。

天文學家在本超星系團旁發現了新的長城結構

紅色區塊屬於南極長城。圖/轉自《臺北星空》

宇宙的結構並不是由隨機分佈的星系所組成,而是互纏互繞、具有藕斷絲連的特性,受到萬有引力的影響,較為靠近的星系組合成一個星系群或星系團,或隸屬於一個超星系團,這些藕斷絲連的網狀結構,又被稱為大尺度纖維狀結構,其中最大的一條被稱為武仙-北冕座長城,全長跨越 97 億光年,是目前已知最巨大的結構。新發現的纖維狀結構橫跨南極天空,至少長達 13.7 億光年,發現者將其命名為「南極長城」(South Pole Wall) ,而且南極長城的特別之處在於它離銀河系非常近,簡直就像是在我們的後院而已,僅有5億光年遠,(我們所在的結構稱為拉尼亞凱亞超星系團,直徑達5.2億光年,所以5億光年確實就像是後院的存在)換句話說,它是離我們最近的長城結構。

迄今為止質量最大的合併事件證實了中介質量黑洞的存在

一對黑洞的合併產生新重力波的觀測事件,證實了中介質量黑洞的存在。圖/轉自《臺北星空》

在 70 億光年外,一對碰撞的黑洞產生了新的重力波,在 2019 年 5 月 21 日由 LIGO 和 VIRGO 雙重認證得知,這次的重力波事件是黑洞天文學中最受囑目的發現之一,因為該天體質量介於恆星級黑洞及超大質量黑洞之間,正是天文學家急欲尋找的中介質量黑洞,且我科技部及清華大學研究團隊亦參與其中。本次的重力波訊號與往常的訊號相比非常短,但經過艱困的比對分析後,科學家得知這是分別由 66 倍太陽質量及 85 倍太陽質量的黑洞合併而成,產物為一個約 142 倍太陽質量的黑洞,這是自發現重力波以來迄今為止最大質量的重力波源。

中介質量黑洞是黑洞系列的一個謎團,我們常發現的是恆星質量黑洞及超大質量黑洞,但是藉由重力波的觀測, GW190521 成為對於中介質量黑洞的第一次決定性的直接觀測。超大質量黑洞的形成過程仍是個謎,長久以來,科學家不清楚它們是由恆星大量坍縮聚集而成,抑或是透過一種尚未被發現的方式產生的,所以科學家一直在尋找中介質量黑洞,來填補介於兩者差異甚大的質量空隙,如今,科學家終於有證據可以證明中介質量黑洞確實存在。

歐西里斯號成功登陸貝努收集樣本

OSIRIS-REx 收集樣本示意圖。圖/轉自《臺北星空》

OSIRIS-REx 任務耗資 8 億美元,在 2016 年 9 月發射, 2018 年 12 月 3 日抵達500 公尺大的貝努近地小行星。經過一年多環繞研究後,團隊選擇了一個名為夜鶯(Nightingale)的小隕石坑為降落地點,因為該點表面物質的顆粒較細,且相對新鮮沒經過長期暴露於太空環境而變質。但夜鶯周圍也充滿危險,其中包括要經過一個兩層樓高,綽號厄運山(Mt. Doom)的巨石,而隕石坑內也有其他障礙物,因此太空船的目標是一個寬 8 公尺相對平坦無石塊的區域, OSIRIS-Rex 任務距離達3億公里之遙,相當不容易。臺灣本地時間 10 月 21 日 6 時 12 分歐西里斯號(OSIRISRex)號降落到近地小行星貝努(Bennu)表面,目標是從貝努表面收集至少 60 克的灰塵和碎石,預計 2023 年 9 月 24 日將樣品送回地球,以研究太陽系的起源與生命相關有機物和水的來源。中間還有一段插曲:一些岩石碎塊阻擋導致收集器無法完全閉合,使得在探測器的三公尺機械手臂末端的收集器內的小行星表面碎片樣本,一直在緩慢漏失到太空中,好在後來已經克服此狀況,且收集來的樣本也遠高於當初設定的最低目標。

阿雷西博望遠鏡的輝煌與終結

曾完成多項偉大天文學研究的阿雷西博天文臺,因結構損壞而除役。圖/轉自《臺北星空》

該望遠鏡於 1963 年落成啟用,阿雷西博天文臺開始運作之後,做出的科學貢獻不勝枚舉。 1964 年天文學家藉由雷達脈衝發現水星的自轉週期為 59 天,有別於原先認為的 88 天;1968 年提供了蟹狀星雲脈衝星(Crab Pulsar, PSRB0531+21,自轉週期33毫秒)存在的確切證據,也是第一顆被確認為跟超新星殘骸有關的中子星。 1974 年,天文學家法蘭克德瑞克及卡爾薩根設計了知名的阿雷西博訊息,內容包含人類的 DNA 結構,和太陽系的介紹等等,以強力的電磁波從阿雷西博天文台發送向距離地球 25000 光年的球狀星團 M13。雖然無法期待在不久的將來能收到回覆,卻是人類主動接觸外星文明的重要嘗試。 1989 年趁著小行星(4769)Castalia 經過,阿雷西博望遠鏡首次利用其功能描繪出小行星的 3D 圖像,迄今已研究過數百個近地小行星。今年的 12 月 1 日的一聲巨響,支撐平台的纜線應聲斷裂,整個接收平台、900 噸重的心臟與一個纜線塔硬生生撞入下方的碟型天線。雖然造成多大破壞還在評估,但照片與影片仍然震驚所有人,阿雷西博望遠鏡結束其 57 年傳奇的一生

嫦娥五號返回艙帶回月壤, 40 年以來的新鮮貨

中國嫦娥五號於去年年底返航,完成人類 40 年來首次收集月球樣本的任務。圖/轉自《臺北星空》

歷經 23 天的飛行,攜帶著月壤的中國嫦娥五號返回艙於 12 月 17 日凌晨 1 時 59 分安全返回地球,這是 40 年來首次收集月球樣本的任務。其返回艙在中國北部內蒙古四子王旗著陸場著陸。內蒙古地區夜間達攝氏零下 30 度,對於地面工作人員的準備是一大考驗。

嫦娥五號於 12 月 1 日登陸月球,並於兩天後開始返航,中國航天局也在月球上,升起了中國五星旗幟。此次任務是自 1976 年蘇聯「月球 24 號」任務以來的首次嘗試,使中國成為繼美國和蘇聯之後,第三個從月球上取回樣本的國家。飛船的任務是在「風暴洋」的區域收集兩公斤 (4.5磅) 的物質,該區域是一片廣闊的、此前尚未被探索過的熔岩平原。

中國的科學家們希望藉由採集回來的樣本了解月球的起源、形成以及月球表面的火山活動,並期望在 2022 年以前建立一個載人太空站,並最終將中國人送往月球。

臺北天文館_96
482 篇文章 ・ 27 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

0

6
1

文字

分享

0
6
1
銀河系至少存在36個智慧文明,真的嗎?
科學大抖宅_96
・2020/08/31 ・4550字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

不久前(2020 年 6 月),國內外各大媒體紛紛報導,英國諾丁漢大學(University of Nottingham)的科學家研究發現,銀河系至少應有 36 個智慧文明,吸引了許多人的眼球。無獨有偶,在 2018 年便有報導指出,英國牛津大學人類未來研究所(Future of Humanity Institute)的學者公布,人類是銀河系中唯一高等智慧物種的可能性高達 53% 至 99.6%。明明是類似的問題,相隔兩年的研究卻得出完全不同的結論,讓人看得一頭霧水。

滿天的星星裡還有其他文明存在嗎?這是個人類討論了很久的議題。圖/ by FelixMittermeier@Pixabay

究竟,這些關於外星文明的數量估計,是怎麼做出來的?又是否可信?我們短期內有多大機率證實外星生命的存在?寶傑你怎麼看?

費米悖論:外星人在哪兒?

科學史上關於外星文明的討論,最知名的例子,莫過於物理學家恩里科‧費米(Enrico Fermi,1901–1954)和另外三位同事──包括氫彈之父愛德華‧泰勒(Edward Teller,1908–2003)──之間的對話。

那是在 1950 年夏天的洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)。四人於中午前往用餐時,在路上聊到當時的目擊幽浮報導,以及紐約客雜誌刊載外星人偷竊垃圾桶的漫畫,以解釋市區垃圾桶莫名消失的謎團。雖然一行人並不認為報導裡的幽浮來自外星球,但仍討論起星際旅行的可能性。

費米問泰勒:「在接下來十年內,我們有多大可能,會看到超光速物體的明確證據?」當泰勒回答百萬分之一後,費米說:「這太低了,較可能是百分之十。」當話題結束,大家圍繞餐桌坐定、開始用餐之後,費米突然又冒出一句:「所有(外星)人都到哪兒去了?」

這就是知名的費米悖論(Fermi paradox):宇宙是這麼地遼闊,充滿數不清的恆星,總會有生命於地球之外的地方誕生;而在宇宙悠久的 138 億年歲月中,應有足夠長的時間,讓這些外星生命發展出高度智慧文明;甚至,只需要一定的太空技術,在相對宇宙壽命極短的時間內,約千萬年之譜,就能殖民整個星系。那麼,為什麼地球人完全看不到任何跡象,顯示他們存在?

紐約客雜誌於1950年刊載外星人偷竊垃圾桶的漫畫,同時解釋了當時的幽浮目擊事件,與垃圾桶消失迷團。Alan Dunn (May 20, 1950),The New Yorker。(圖片來源

主動搜尋外星訊號

儘管沒有人知道費米悖論的真確答案,卻有不少人試圖提出可能的解釋,如外星人早就來過、外星人故意不跟我們接觸、我們探索的方式不對、外星生命來不及演化出文明就滅絕了、智慧文明無法避免地會自我毀滅(值得地球人警惕!)、外星人跟我們想的不一樣、地球真的是特別的存在……等等。

然而,不用等理論解釋為什麼,實際搜尋外星人的計畫早就開始進行。

十九世紀末,古列爾莫‧馬可尼(Guglielmo Marconi,1874–1937)發明無線電報系統,利用無線電波發送和接收電碼,電報也從此不再需要靠電線傳送──鐵達尼號失事的時候,也多虧無線電報,才有許多人獲得拯救。到了二十世紀初,利用無線電波傳遞聲音的技術被發明,廣播節目開始出現在我們的生活中;此後,地球人就陸續嘗試搜尋外星人發出的電磁波訊號。

1924 年 8 月,火星軌道運行進入非常接近地球的位置,僅距離 55,777,566 公里,提供了偵測火星人的絕佳機會。天文學家大衛‧佩克‧托德(David Peck Todd)在美國軍方的幫助下,將無線電接收器設置在離地三公里的飛船上,從 8 月 21 日到 23 日共計三十六小時內,嘗試接收火星人的無線電訊號,並備有軍方的密碼學家幫忙解譯;同時,所有無線電台每逢整點都會停止發送五分鐘,避免造成干擾。只可惜,這次實驗沒有得到任何有意義的結果。

1924年當時,美國軍方的電報要求無線電站密切留意任何不尋常的訊號。(圖片來源

到了 1960 年,美國康乃爾大學(Cornell University)的年輕天文學家法蘭克‧德雷克(Frank Drake),利用位於西維吉尼亞州綠堤(Green Bank)的無線電望遠鏡[1],分別觀測了距地球 10.5 光年的天苑四(Epsilon Eridani)和 11.9 光年的天倉五(Tau Ceti),花了數個月搜尋可能的外星智慧文明訊號,卻沒有任何收穫。

似乎,真的沒有外星文明發送電磁波訊號到宇宙中。不過,有此能力的外星文明多嗎?

德雷克方程式:智慧文明有多少?

1961 年 10 月底,德雷克在綠堤舉辦研討會,邀請所有想得到、對搜尋地球外智慧生命有興趣的科學家與會。然而,作為會議唯一的主辦人,德雷克被庶務忙得焦頭爛額,根本來不及安排議程。另一方面,該年度的諾貝爾化學獎得主將在會議期間公布,而謠傳中的得主正好就是會議參加者――加州大學柏克萊分校的生物化學家卡爾文[2];德雷克還得煩惱張羅香檳,以備萬一。

因為缺乏完善的議程規劃,又為了討論更能聚焦,就在參加者報到的前一天,德雷克思考了銀河系內、有能力使用電磁波訊息交流的智慧文明數目(以字母 N 代表),並假設有七個因素決定了 N 的多寡,分別為:

  • R*:銀河系中恆星形成的平均速率[3]
  • fp:恆星擁有行星的比例
  • ne:行星系中,支持生命生存的行星╱星體數量[4]
  • fl:支持生命生存的行星╱星體上,誕生生命的機率
  • fi:存在生命的行星╱星體演化出智慧生命的機率
  • fc:智慧生命文明裡,有多少比例發展出可被偵測到訊號的科技
  • L:智慧文明持續向太空發送可偵測訊號的時間長度

只要把上述七個參數相乘,就能評估出銀河系中可交流智慧文明的數目――這就是知名的德雷克方程式:\( N=R^*\cdot f_p\cdot n_e\cdot f_l\cdot f_i\cdot f_c\cdot L \)

1961 年 11 月 1 日,德雷克把公式寫在會議廳的黑板上,作為議程的討論主軸;當時的他並不知道,這個方程式日後常被認為是科學史上重要的方程式之一,甚至成為現今思考外星生命存在問題的架構――就連德雷克本人都表示非常驚訝(無誤)。

法蘭克‧德雷克攝於2012年的照片。By Raphael Perrino – Flickr: Dr. Frank Drake, CC BY 2.0

德雷克公式告訴我們什麼?

德雷克公式提及的七個參數,只要有任何數值上的變動,都會大大影響我們觀測到外星智慧生命的可能性;偏偏,裡面有許多參數都難以評估,無法給出準確的數值,誤差範圍極大。

在上個世紀 60 年代,科學界只對第一個參數R*(銀河系中恆星形成的平均速率)稍有概念,也完全不清楚剩下的參數數值為何。當時,尚未有任何太陽系外行星的觀測證據,更無從推測生命誕生於系外行星的可能性。

現代,隨著科技的進步,我們對德雷克方程式裡的參數已更有概念。根據目前的觀測結果,幾乎每個恆星都擁有自己的行星;換言之,方程式的第二個參數 fp(恆星擁有行星的比例)相當接近 1。此外,有 22% 的類太陽恆星,在適居帶擁有地球尺寸的行星──這無法完全決定第三個參數 ne(行星系中,支持生命生存的行星╱星體數量),但很有參考價值。

至於剩下四個參數,就算到了今天,我們若不是所知有限,就是一無所知──這一點也不奇怪,畢竟人類至今唯一能拿來參照的實例,也就只有地球而已。

在 1961 年的那場會議,德雷克和其他科學家們,針對不同參數分別給出了數值範圍的預估,最後得到 N(銀河系內可交流的智慧文明數目)約在 20 到 50,000,000 之間。

從 1961 年的估計,我們可以看見,因為德雷克方程式裡的參數不確定性太大,使其幾乎不具有預測能力。若以開頭所提到、今年六月的新聞來說,雖然宣稱銀河系中有 36 個智慧文明,但只要查看論文,就會發現其範圍實際上是 4 到 211(36-32 ~ 36+175 );而且,研究團隊在過程中還做了許多假設,才得出這樣的數字。換句話說,只要稍微更動假設,結論就很可能天差地遠──儘管如此,在目前有限的科學證據下,最多也只能做到這樣了。

永不放棄對外星生命的探問

儘管德雷克方程式能給予我們的資訊非常有限,但其貢獻仍不可抹滅:它提供了一種看待問題的架構,將「銀河系內可交流的智慧文明數目」拆開、化簡,成為數個單純因素的組合。

自從德雷克方程式面世之後,許多人套用類似的架構,提出不同的修改版本;如麻省理工學院(MIT)教授莎拉‧西格爾(Sara Seager)就參考德雷克方程式,將「大氣層可偵測到生命印記(Biosignature)的行星數目」分解為數個參數,以推估下一個十年、我們有多大可能性主動發現這些孕育生命的系外行星。最後她發現,以現有的地球科技所及,能找到且存在生命的系外行星,可能只有兩個──在不考慮誤差的狀況下,情況並不樂觀。

至於費米悖論,目前雖然尚無法得到解答,但依據近年的觀測證據,再加上對德雷克方程式、和其他修改版的估計,或許,我們無法太過理想性地認為,銀河系充滿了智慧生命等待交流──考量到宇宙漫長的歷史、與無窮盡的遼闊,縱使外星智慧文明真實(或曾經)存在,也不見得剛好能被地球人發現。

從無線電廣播發明至今,僅約莫百年;可以想像,如果有外星智慧生命要靠電磁波訊號偵測到地球人的存在,不但必須距離地球一百光年之內,而且科技程度還得恰恰好在這幾十年、至少發達到足以接收我們的訊號,且不能因為外在環境或自身緣故而毀滅──怎麼想都不是容易的事。

而德雷克在綠堤研討會提出他的方程式之後,除了持續天文學相關工作,甚至主導了傳送訊息給外星文明的活動:1974 年,在其他研究者──包括知名天文學家與科普作家卡爾‧薩根(Carl Sagan,1934–1996)──的幫助下,他們設計的訊息從波多黎各阿雷西博天文台(Arecibo Observatory),以強力的電磁波發送向距離地球 25,000 光年的球狀星團 M13,內容包括了人類的DNA 結構,和太陽系的介紹等等,史稱阿雷西博訊息(Arecibo Message)。儘管人類可能永遠無法收到回覆,在宇宙中傳播的阿雷西博訊息,卻已成為地球文明曾經存在的證據,等待很久很久以後,某個遙遠星系的外星文明觀測到它。

阿雷西博訊息。此處標示的顏色為分類、方便閱讀之用,原始訊息不包括顏色。(圖片來源

就算目前對外星生命的探尋一無所獲,但宇宙總是充滿各式驚奇與可能;或許,在可見的未來,我們就會從系外行星的大氣層發現外星生命存在的印記,甚至接收到外星文明的訊號也不一定。願原力與你同在!生生不息,繁榮昌盛!(一秒同時惹怒Star Wars和Star Trek粉絲)

註釋

  • [1] 該望遠鏡在當時由美國國家電波天文台(National Radio Astronomy Observatory)營運,位於美國國立無線電寂靜地帶(National Radio Quiet Zone)。
  • [2] 梅爾文‧埃利斯‧卡爾文(Melvin Ellis Calvin,1911 – 1997),美國化學家,1961年諾貝爾化學獎得主。
  • [3] 恆星中質量最小、溫度最低的紅矮星原本不被包括在定義裡;現代的版本已將其納入。
  • [4] 原本的定義中,只考慮行星的數量,但德雷克之後將其擴充,以包括所有星體。行星系中支持生命生存的星體不必然是行星,衛星也是可能的選擇;例如木星的衛星「歐羅巴」(Europa)在表面的冰層之下,可能擁有液態水海洋,也被認為是外星生命可能存在的地方。

參考資料

  1. “Where is everybody?”: An account of Fermi’s question, Eric M. Jones, Los Alamos technical report, March 1985.
  2. How My Dad’s Equation Sparked the Search for Extraterrestrial IntelligenceNadia Drake, National Geographic, June 30, 2014
  3. An Equation to Estimate the Probability of Identifying an Inhabited World Within the Next Decade, Sara Seager, MIT, 2013
  4. 《悖論:破解科學史上最複雜的9大謎團》,吉姆‧艾爾─卡利里,三采文化(2013)
  5. Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars, Erik A. Petigura, Andrew W. Howard, and Geoffrey W. Marcy, PNAS 110 (48), November 26, 2013
  6. It’s the 25th anniversary of Earth’s first (and only) attempt to phone E.T., Bill Steele, Cornell Chronicle, November 12, 1999
  7. Wikipedia: Drake equation
  8. Wikipedia: Search for extraterrestrial intelligence
科學大抖宅_96
35 篇文章 ・ 1104 位粉絲
在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/

0

0
0

文字

分享

0
0
0
外星科技哪有那~麼好用?──談《X檔案》裡各式陰謀論
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/01/15 ・2731字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

本文由 FOX 委託,泛科學企劃執行

文/洪郁真

膾炙人口的《X檔案》在 2018 年回歸,穆德和史卡利再度聚首,除了繼續打情罵俏,也繼續一頭撞入各種神秘的謎團中。圖/劇照

膾炙人口的經典影集《X檔案》(The X-Files)在 2018 年回歸到我們的眼前,在這一季中,穆德和史卡利再度聚首,除了繼續打情罵俏,也繼續一頭撞入各種神秘的外星謎團中。

上一季其中一個驚人的謎團貌似終於解開:原來陰謀單位隱瞞了這~麼久的外星人資訊,就是覬覦外星人的高科技可以讓他們研發出隱形戰鬥機等等「強力外掛」……嗎?

神秘的科技、先進的機械、強大的能源,出現在科幻影集中各種酷炫先進的外星科技,往往只要主角一拿到手,再聚集全地球科學天才們努力研究個幾年,就能快速幫助人類文明大躍進──但,真的是這樣嗎?

如果哪天外星人真的把一種先進的科技擺在人類面前,我們會不會根本無法理解呢?

地球人連自己的文明謎團都搞不定

雖然人類目前為止還沒在宇宙中找到外星文明存在的明確證據,但反觀我們所處的地球,可是有各式各樣科學界與考古學家還難以下定論,激起世人無限遐想的古文明遺跡與歐帕茲(Out-of-place artifact,意指在不該出現的地方出土的人造物)。

例如「金字塔」就是最好的例子。古代世界七大奇蹟建築中唯一留存至今的「古夫金字塔(Great Pyramid of Giza)」,近期被科學家利用宇宙射線,發現了一個隱藏 4500 年沒被後人發現的神秘空間!這個密室至少有 30 公尺長、數公尺高,目前只能推測並非墓室,但不論目的究竟是做什麼用,都讓已經充滿謎團的金字塔謎上加謎。

祕魯納斯卡沙漠上繪製著各種圖騰的「納斯卡線條」至今仍是未解之謎。  圖/monikawl999 @Pixabay

除此之外,1936 年在伊拉克出土,由美索不達米亞古文明製造類似電池結構的「巴格達電池(Baghdad Battery)」,祕魯納斯卡沙漠上繪製著各種圖騰的「納斯卡線條(Nazca Lines)」,這些充滿傳說與神祕感的古文明遺跡,也難怪讓「那個時代的人怎麼會做出這種東西,該不會跟外星人有關?受到外星科技的幫忙?」這種說法歷久不衰。

這個外星人有多高科技?問問卡爾達肖夫吧

現代人類已實現不少讓人目瞪口呆的黑科技,但我們該怎麼判斷一個外星文明發展到了什麼水準呢?目前最常用的判斷標準是由蘇聯科學家卡爾達肖夫(Nikolai Kardashev)在 1964 年提出的「卡爾達肖夫指數(Kardashev Scale)」。這個「外星文明分級制」採用了與科技發展息息相關的「能源」為判斷指標。

第一級(K1)是能夠利用整個故鄉行星的能源。

以地球為例,先撇除石化燃料與核能不論,光是地球接收太陽光的功率約可達到 1016 瓦,但目前人類產生的功率連這個數字的 2% 都不到,至少還要發展個數百年,等到整個星球鋪滿太陽能板的那一天,地球才有資格進入 K1 俱樂部。

第二級(K2)則代表一個文明能擷取該星球圍繞的恆星的全部能源(例如太陽的功率就有 4×1026 瓦),並能打造出以光速飛行至其他星系的太空飛船。

美國科學家弗里曼戴森曾提出一種包圍整顆太陽以獲取巨大能量的構想「戴森球(Dyson Sphere)」,既然隔壁棚的火星人還沒成功,看來我們還是有機會的(咦)。

弗里曼戴森曾提出一種包圍整顆太陽以獲取巨大能量的構想「戴森球」。 圖/wikipedia

當文明來到了第三級(K3),使用的能源就是整個星系了。

如果人類文明能再發展個 2、3000 年,掌握全銀河系的能量,別說是目前最先進的太空探索技術公司《SpaceX》描繪的火星旅行,周末想穿過蟲洞去 1402 光年外的系外行星 Kepler-452b 小旅行也不是夢了吧。

因此以人類現在還沒進入 K1 俱樂部的技術水平,面對在《X檔案》中已經能夠跨星系移動(雖然常常在地球墜機)、三不五時來地球 Say Hello,至少是 K2 等級的外星人,地球人有能力把他們的技術搬來用嗎?

《X檔案》中的外星人已經能夠跨星系移動(雖然常常在地球墜機)、三不五時來地球 Say Hello,估計至少是 K2 等級。圖/劇照

了解外星人的「常識」,我們可能需要先換個腦袋:科學典範轉移

但就算外星人哪天真的在我們面前現身,送上一項高科技道具,或分享一個人類不知道,卻已是宇宙科學聯盟公認的科學知識,也不太可能立即對地球文明產生天翻地覆的變化,甚至外星人還得坐下來,喝個長達百年的下午茶,等待全球科學家吵一架,為什麼呢?

只要回想十六世紀哥白尼剛首次提出「地球繞著太陽轉」時,世人的反應或許你就可以理解了。雖然現在的我們已從日心說、天體力學一路進入到相對論,但對於從二世紀開始就接受托勒密「地心說」的科學界來說,當時哥白尼大概就像是大喊著「我的左眼寄宿著真紅眼黑龍」的中二病(誤)

地心說」與「日心說」對於天文學截然的不同解釋方式,就是 孔恩所提的「典範轉移」最好的例子。圖片/by Booyabazooka [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons
 

科學哲學家孔恩(Thomas Kuhn)曾在其著作《科學革命的結構(The Structure of Scientific Revolution)》解釋,世人熟悉的「常態科學(normal science)」並不是單純的知識向上累加,而是某個科學社群共同約好,要透過怎麼的遊戲規則來「解謎」,例如有哪些預設的前提?哪些方法可以被接受?而這串解謎方法稱之為「典範」,然後研究人員們再共同按照這套典範建立起一套穩定科學體系。

但是當舊典範發展到極限,會遇上一些難以解釋的「異常現象(anomalies)」,這時如果出現能更好解釋問題的新典範,經過反覆的實驗論證,才可能發生典範轉移(paradigm shift)。典範轉移可是涉及科學研究的世界觀改變(如太陽繞地球改成地球繞太陽)以及核心概念的不可共量性(Incommensurability),也就是研究基礎重來、教科書改寫與科學史重寫的超級大事,也難怪科學家往往需要花上很長的時間,才可能下定決心轉換典範。

因此即使天降超高水準的外星科技或能解釋更多當前科學難解之謎的「新知」,人類也可能會從錯誤的研究角度出發進入撞牆期,或因為無法理解而乾瞪眼吧。

如果哪一天拿到了高科技的外星技術,我們究竟要如何解謎、突破已有的科學困境,這些煩惱就留給科學家們去處理吧~我們一般人還是繼續享受精彩的科幻影集《X檔案》,沉浸在那些外星科技以及陰謀詭計帶來的刺激吧!

我們一般人還是繼續享受精彩的科幻影集《X檔案》,沉浸在那些外星科技以及陰謀詭計帶來的刺激吧! 圖/劇照

《X檔案》全新一季就在 FOX,每週四晚間 10 點全球同日首播!

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

1
1

文字

分享

0
1
1
呼叫外星生命!如果外星人主動聯絡,我們到底要不要回應?——《關於夜空的 362 個問題》
PanSci_96
・2019/07/25 ・3003字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

編按:本文摘自《關於夜空的 362 個問題》,蒐集了英國最長壽科普節目《仰望星空》的觀眾提問。所有你對太空宇宙會有的疑問,都將在本書中為你解答。本節討論的是「呼叫所有生命形式……」。

我們把訊號從地球送出去已經超過五十年了,在接收端的那一頭如果有其他文明,會不會偵測到這些訊號呢?

我們的無線電訊號洩漏到太空中已經大約六十年了,最早傳出去的無線電波已經前進了六十光年。不過,隨著訊號愈來愈遠,它們也會愈來愈分散,更加難偵測。大部分的訊號也受限在很窄的無線電波頻率範圍內,所以它們會和大部分的自然天文訊號有所區別。

先鋒鍍金鋁板,是指安裝在兩艘無人駕駛太空探測器-先鋒 10 號及先鋒 11 號上,一塊載有由人類發出的訊息的鍍金鋁板。圖/wikipedia

當我們尋找外星文明的訊號時,目標是找到與我們相似類型的傳輸,因為那就是我們發射出去的東西,可是誰說外星文明和我們使用的技術是相同的呢?也許他們會用 X 光通訊,而且一直都在發射 X 光束到太空中。如果他們和我們的想法一樣,可能也一直在尋找從其他行星放射出的 X 光,而我們根本沒有大量放射出這種東西。

在地球無線電訊號發射的範圍內,有沒有任何星系裡出現「適居帶」裡存在行星的跡象呢?

我們假設地球已經散發出六十年的無線電波了,這當中有奇怪的、特意發出的訊號,也有來自地面的電視與收音機傳輸時無意間「洩漏」出去的訊號。最早的無線電波以光速前進,所以已經達到了六十光年之外,我們知道在這個範圍內有大約一百顆行星。其中大部分都是氣態巨行星,而且和它們的母星公轉距離都非常接近,不過還是有幾顆距離母星比較遙遠。

「適居帶」一般的定義是在恆星周邊,液態水能夠存在的區域。相對於比較大、比較亮的恆星,比較小、比較黯淡的恆星的適居帶會比較接近母星。

而液態水是否存在,則要靠行星的大氣層決定,一般來說有大氣層會稍微增加行星表面的溫度。

值得一提的一個星系是巨蟹座 55,這裡有五個行星是我們知道的。這顆恆星本身比太陽略小,以名義上適居帶會比較靠近恆星一點。在這五個已知的行星當中,有三個的公轉位置比較接近恆星,第四個比較遠一點。從適居帶的角度來看是很可惜的,因為其中一顆比較靠內的行星稱為「超級地球」,只比地球的質量大八倍多,直徑大約是兩倍。

藝術家筆下的巨蟹座 55e。圖/wikipedia

可惜巨蟹座 55e 這個行星距離母星的公轉距離只有兩百萬公里,公轉一圈不到十八小時,所以可能會被燒成煤炭渣。不過有一個比較大的行星公轉的位置,大約像金星和太陽之間的距離。它所繞行的恆星比較冷一點,就位在接近適居帶的地點,可是這顆行星是一個氣體巨行星,質量大約在海王星與土星之間。如果它有比較大的衛星,而且大氣層夠厚,那麼也許是個可以居住的地方。可惜我們還不能偵測到外太陽系行星的衛星是否存在,所以必須等待進一步的推測。

第二個很有意思的例子是繞著 HD 85512 恆星公轉的行星,距離我們大約三十五光年。這顆恆星比太陽略冷一些,不過這顆行星公轉的位置比較近,大約比水星繞著太陽公轉位置再近一些。這顆行星的質量比地球大幾倍,所以可能是岩石型的。行星表面的溫度會依照覆蓋其上的雲量而定,不過可以大約推測一下。利用一系列的假設,比方說這裡的大氣層和我們的大氣層,組成成分不會相去太遠等,我們可以計算出這裡的表面溫度,確實適合液態水存在。不過這些只是很概略的計算,要到我們真的能研究直接來自這顆行星大氣層的光,才能夠確定。

巨蟹座 55e(右)與地球(左)的大小比較。圖/wikipedia

這個領域的研究進展快得驚人,所以很有可能等你讀到這裡的時候,我們已經在鄰近的恆星的適居帶裡發現了一顆像地球的行星。在二○一一年十月播出的《仰望夜空》裡,我們邀請任職於歐洲太空總署以及倫敦大學學院的泰提妮博士,猜猜看我們再過多久會發現這種行星,而她打賭在一年之內,人類就會發現一顆像地球的行星了!

針對「如果外星生物聯絡我們,我們應不應該回應?」這個問題,有沒有任何科學上的研究呢?

關於這個問題的討論,通常圍繞著「一開始到底為什麼要聯絡?」也許外星生物想要分享它們的知識,讓大家對宇宙的了解更為透徹,這樣的話,真誠與坦白的對話,是對於雙方都有益處的。但是也有可能外星種族是在尋找征服的目標,也許是為了開採地球的資源,或者只是要把人類打包到自己的午餐盒裡。如果是這樣的話,我們可能最好不要回應,不過等到我們了解這一點時,可能也太晚了。如果這種溝通看起來是特別針對地球的,那麼可能他們已經發現了我們的存在,也可能已經在路上了!

圖/needpix

很多人都提出意見,認為我們不應該與外星人聯絡,因為他們可能是來毀滅我們的。可是也有人會認為,如果他們成功做到了星際間的通訊,並且來到這裡,那麼他們可能不僅僅是為了毀滅與戰爭而來。不過如果他們的科技都比我們先進呢?我們眼中的他們,可能就像牛羊眼中的我們,那麼他們會不會穿著人類的毛皮,用香草和香料搭配我們的肉食用呢?

如果我們真的接到來自其他地方的通訊,那麼比較立即需要克服的問題是:

誰要代表我們發言?我們會希望像許多的科幻電影那樣,讓美國來主導對話嗎?

在國際間已經有這樣的討論,比方說聯合國就討論過在這個情況下要怎麼做,包括該怎麼回應,以及我們該說什麼。這樣的決定有時候彷彿可以當作科幻的領域而一笑置之,不過如果來自外星生物的通訊真的來了,到那時候再來想可能就真的太晚了。在此同時,一般的共識傾向我們既然無法把自己的存在隱藏起來,那麼應該不要太大肆宣揚自己,等到我們已經決定好一旦收到回應時該怎麼做,再改變做法。

利用低頻電波陣列(LOFAR)進行「尋找外星智慧計畫」(SETI)是否合理與值得?

低頻電波陣列是建造在歐洲各地的一個巨大無線電波望遠鏡,當中有一個站就在漢普夏的奇爾波頓。不過這個陣列並不是由我們所熟悉的無線電波望遠鏡所組成的,而是一個由無線電天線組成的網絡。

低頻電波陣列是建造在歐洲各地的一個巨大無線電波望遠鏡。圖/wikimedia

它們的作用類似電視與收音機的天線,會同步收集來自廣大天空中的訊號。低頻電波陣列的強大之處在於可以同時集合來自大量天線的訊號,使天文學家能詳盡地觀測任何一個特定的位置。既然結合訊號是由電腦分析所進行,所以基本上低頻電波陣列是可以同時研究各個方向的訊號的。

感覺起來,這對於尋找外星智慧計畫是非常理想的工具,不過這個望遠鏡其實還要符合很多其他目的需求。當然囉,沒有什麼能阻止人們從低頻電波陣列中取得資料,並且加以過濾,找出人造的訊號。

——本文摘自《關於夜空的 362 個問題:從天文觀測、太陽系的組成到宇宙的奧祕,了解天文學的入門書》,2019 年 4 月,貓頭鷹出版

PanSci_96
1011 篇文章 ・ 1110 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。